La energía solar fotovoltaica es la energía eléctrica que se obtiene directamente de las radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. Es una energía renovable que permite reducir la dependencia de fuentes de combustible sucias tales como la energía nuclear o la térmica, con el consiguiente beneficio medioambiental. Por otro lado, es una forma de energía cuya tecnología está todavía en desarrollo, y en continuo avance, con unos rendimientos (económicos, fundamentalmente) que la alejan todavía de ser una opción favorecida en el mercado de la producción de energía a gran escala, si bien es cierto que ya hoy en día existen grandes parques solares, y es un sector al alza. La energía solar directa es la energía del Sol sin transformar (la que calienta e ilumina). Es necesario el uso de sistemas de captación y almacenamiento para que pueda ser aprovechada: - Utilización directa: mediante la incorporación de acristalamientos y elementos arquitectónicos con elevada masa y capacidad de absorción de energía térmica, es la llamada energía solar térmica pasiva. - Transformación en calor: es la llamada energía solar térmica, que consiste en el aprovchamiento de la radiación que proviene del Sol para calentar fluidos que circulan por el interior de captadores solares térmicos. - Transformación en electricidad: es la llamada energía solar fotovoltaica que permite transformar en electricidad la radiación solar por medio de células fotovoltaicas integrantes de módulos solares.
HISTORIA
Los estudios del físico francés Alexander Edmond dieron forma al efecto fotovoltaico reconocido por vez primera en 1839. Este físico basó sus estudios en el espectro solar y su magnetismo así como en la electricidad y la óptica que son los pilares de la energía fotovoltaica. Sin embargo, la primera celda solar vió la luz en 1883 de la mano del inventor norteamericano Charles Fritts. Esta primera celda solar se construyó con semiconductores de Selenio y una delgada capa de oro, aunque su utilización, debido a su coste, fue para sensores de luz en cámaras fotográficas. El norteamericano Russell Ohl fue el que patentó la celda de Silicio que se utiliza en la actualidad, construida en 1940 y patentada en 1946. Ya en la época moderna, de la mano de los Laboratorios Bells y de forma accidental se encontró que el silicio con impurezas era muy sensitivo a la luz.
La primer utilización practica de la generación de energía con celdas fotovoltaicas fue en los dos primeros satélites geoestacionarios de URSS y USA.
La primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite norteamericano Explorer 1.
Este evento generó un gran interés en la producción y lanzamiento de satélites geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energía provendría de un dispositivo de captación de la luz solar. Fue un desarrollo de gran importancia que estimuló la investigación buscando paneles cada vez más eficientes y motivó a la industria de tecnologia.
¿QUÉ ES UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA?
La célula fotovoltaica es un dispositivo, artificial, que se encarga de transformar la energía de las ondas emitidas por el Sol en electricidad. Esta transformación se da mediante un fenómeno físico llamado "efecto fotovoltaico". La célula fotovoltaica que más se utiliza está compuesta de una fina lámina de un material semiconductor cuya composición es principalmente el silicio, que al exponerse a la luz del sol absorbe la energía transportada por los fotones, que es invertida en la liberación de electrones del material semiconductor que se mueven a lo largo de éste, produciéndose así una corriente eléctrica que podemos aprovechar. Para optimizar el rendimiento de la célula, y disminuir la temperatura de operación de la misma (el silicio funciona mejor cuanto mas elevada es su temperatura, pero puede alcanzar picos peligrosos) se utilizan "dopantes", átomos de elementos de los grupos IIIA y VA, que son capaces de provocar el 'salto' o desprendimiento de los electrones con una menor energía umbral, esto es, con mayor facilidad.
Las celulas fotovoltaicas orgánicas son diferentes a las convencionales por su construcción y su método de conversión de luz solar a energía. Por un lado son menos costosas, pero no tienen el mismo rendimiento que las células convencionales. Una célula solar o célula fotovoltaica es un componente electrónico que, expuesto a la luz, genera una energía eléctrica. Las baterías de células están generalmente agrupadas en módulos solares fotovoltaicos (o paneles solares) para generar una potencia suficiente. El rendimiento de una célula solar se mide por la eficacia de convertir la luz solar en energía eléctrica. Una célula solar sólo convierte una pequeña cantidad de la luz capturada. La generación actual ofrece sólo un rendimiento del 12 al 15%. Sin embargo, numerosos estudios han mejorado el rendimiento actual de cada célula. La nueva generación de células tiene un rendimiento del 20 %, algunos prototipos incluso hasta el 30 %. Por consiguiente, es muy probable que el rendimiento aumente con el tiempo.
- video sobre celulas fotovoltaicas. caracteristicas y funcionamiento
El funcionamiento de una placa solar está basado en el principio fotovoltaico descubierto por el físico francés Antoine Bequerel en 1893. Tras numerosos experimentos, descubrió que algunos materiales producían una pequeña cantidad de electricidad al exponerlos a la luz.
De esta forma, los fotones que componen la luz solar y que inciden sobre un cuerpo semiconductor (generalmente una capa de silicio en una célula solar) serán absorbidos en lugar de reflejarse o pasar a través del cuerpo. Una vez absorbido, la energía del fotón será transmitida a uno de los electrones presentes en el átomo de la célula, produciendo un desplazamiento de dicho electrón que dejará un "hueco" en el átomo. Éste agujero atraerá otro electrón de un átomo cercano, que creará a su vez otro "hueco" ocupado por el electrón de un nuevo átomo, etc. Este procedimiento se repite mil millones de veces, de forma que se consigue una corriente eléctrica a partir de la luz del Sol incidente.
Estructura de una célula fotovoltaica de silicio
Como puede apreciarse en la imagen, una placa solar consta de varias capas:
- Vidrio de protección frente a las agresiones físicas
- Adhesivo transparente que una el vidrio a la placa
- Revestimiento antirreflectante que impida la reflexión de los rayos solares y permita una absorción máxima
- Contacto frontal para la transmisión de la corriente eléctrica
- Semiconductores del tipo N (silicio dopado con fósforo) y del tipo P (silicio dopado con boro)
- Contacto en la parte trasera para transmitir la corriente eléctrica.
Los paneles fotovoltaicos están sujetos a la disponibilidad de luz solar, y aunque la tensión que ofrecen varía relativamente poco ante las variaciones de luz irradiada por el sol, la corriente de salida sí que lo hace de manera importante, por lo que es fundamental tener un sistema que pueda almacenar la energía solar recibida, tanto en periodos de abundancia como de escasez. Es aquí donde las baterías juegan un papel de gran relevancia, garantizando un suministro de energía estable.
Los acumuladores de carga pueden soportar fuertes demandas puntuales y tiempos de suministro prolongados en el tiempo, a pesar de no disponer de la energía solar suficiente en ese momento.
También es importante el uso de reguladores que controlen el estado de carga de las baterías con el fin de evitar una sobrecarga de éstas, alargando así su vida útil.
Tenemos 3 tipos de células solares:
- La célula de silicio monocristalino – Las células solares de silicio monocristalino se fabrican a partir de un único cristal de silicio extraído de un baño de silicio fundido.
- La célula de silicio policristalino – Las células solares de silicio multicristalino se fabrican a partir de silicio solar fundido en bloques.
- La célula de silicio amorfo – Las células solares de silicio amorfo se llaman también células solares de capa
delgada.
- video sobre el funcionamiento de paneles solares:
La célula fotovoltaica orgánica apareció en 1990 con la intención de reducir el coste de la electricidad fotovoltaica. El bajo coste de los semiconductores orgánicos entre los que destacan los polímeros, pequeñas moléculas de materiales que se depositan por evaporación térmica, los convierten en una alternativa mucho más accesible. Hay cuatro tipos de células fotovoltaicas orgánicas:
Dye sensitized solar cells (DSC) o también denominadas células de Grätzel: Estas células utilizan unos productos aditivos o pigmentos (dyes) que absorben mucha luz y transfieren rápidamente el electrón a un óxido nanoestructurado como puede ser TiO2. Para hacer este proceso reversible y seguir absorbiendo luz, debe ser extraído el hueco que permanece en el pigmento. Esta tarea es realizada por un agente redox ó electrolito líquido.
Células multicapa. Sucesivas capas de diferentes materiales semiconductores son secuencialmente depositadas con el propósito de maximizar la intensidad del campo óptico en las zonas donde se fotogeneran las cargas; optimizando así tanto la absorción, como la disociación de los excitones. A la vez se pretende minimizar los posibles daños que la evaporación de metales podría causar en el film activo, disminuyendo la longitud de difusión de los excitones.
Células con múltiples heterouniones orgánicas internas: Dos materiales poliméricos inmiscibles entre sí, con diferentes afinidades electrónicas y potenciales de ionización, se mezclan en la misma disolución y a partir de ella, por evaporación del disolvente, se forma una fina película con dominios de ambos materiales a escala nanométrica para así optimizar tanto el proceso de disociación de excitones, como el transporte de carga hasta los electrodo
Células híbridas organo-inorgánicas: Estas células funcionan de una forma muy similar a las descritas en el apartado anterior. El papel de aceptar los electrones y transportarlos hasta su respectivo electrodo le corresponde, en este caso, a materiales inorgánicos con un gran band gap como TiO2 ó ZnO. Nanoestructurar estos materiales en forma de nanoporos o nanocables (de unas dimensiones similares a la longitud de difusión de los excitones, 10 nm) sobre el sustrato es crucial para garantizar un transporte efectivo de carga. Posteriormente el polímero se deposita desde la disolución sobre esta nanoestructura
Al igual que en las células fotovoltaicas tradicionales, todos los procesos fotovoltaicos orgánicos están diseñados con el uso de dopantes que aumentan el rendimiento estándar del proceso original. Por un lado, ciertos polímeros mejoran sus propiedades reactivas al trabajar en presencia de una disolución redox. Otros en cambio, necesitan de un electrodo de 'trabajo', que facilite el movimiento de electrones de la disolución electroquímica que forma la célula.
CÉLULA FOTOVOLTAICA TRADICIONAL VS. CÉLULA FOTOVOLTAICA ORGÁNICA
Comparación
Las células fotovoltaicas orgánicas tienen las mismas propiedades de conducción que el silicio pero pueden ser impresas o adheridas sobre casi cualquier tipo de material.
La principal diferencia entre los semiconductores convencionales y los polímeros conjugados es que en los primeros el electrón excitado y el hueco resultante migran libremente hacia electrodos opuestos mientras que en los segundos el electrón y el hueco que se generan tras incidir un fotón se encuentran ligados en forma de excitación.
Mediante la creación de interfases entre polímeros conductores con diferente afinidad electrónica se hace posible la transferencia de electrones entre polímeros. Este proceso, conocido como transferencia de electrones fotoinducida, consigue separar las cargas, y la unión creada en la interfase dador-aceptor es análoga a las heterouniones de semiconductores convencionales.
Eficiencia y vida útil
La eficiencia es el cociente entre la potencia eléctrica producida por el módulo y la irradiación incidente sobre el mismo. Es decir, es el cociente entre la potencia máxima (PM) de la celda con la potencia luminosa (PL) recibida por la célula, tal y como se muestra en la siguiente ecuación:
En la siguiente tabla se muestran los valores de eficiencia en relación al material con el que se ha fabricado el módulo fotovoltaico:
Como se observa, los paneles solares compuestos por células orgánicas presentan el inconveniente de tener aún una baja eficiencia.
La vida útil se mide en ciclos, que se definen como el número de veces que se produce la carga y la descarga. Con cada ciclo, la batería va perdiendo propiedades, y envejece disminuyendo la capacidad máxima que puede alcanzar. Cuanto mayor sea la descarga (disminución de la capacidad) menor será el número de ciclos y, en consecuencia, menor será la vida útil.
La vida útil de los paneles, así como su eficiencia, depende principalmente del proceso y de la calidad y la interacción en el dispositivo multicapa de los componentes del sistema. Aún así existe cierto optimismo en cuanto a solucionar estos problemas de las células oránicas; por ejemplo, el consorcio PIEM (Bélgica) y Plextronics (EE UU) anunció que esperan desarrollar para 2012 células solares orgánicas con una eficiencia promedio del 8% y con una vida útil de cinco años. El mayor desafío en el desarrollo de tan alto rendimiento es optimizar la absorción de los materiales eléctricamente conductores.
Ventajas
Las células fotovoltaicas orgánicas tienen a su favor que pueden ser adheridas como una capa ultradelgada de dos polímeros semiconductores sobre cualquier superficie plástica. Además los paneles solares compuestos por células orgánicas son más económicos, menos pesados y más fáciles de instalar
Las células orgánicas solares han tenido que cumplir una serie de requisitos en términos de estabilidad, eficiencia y coste con el fin de poder competir con la existente tecnología del silicio y para poder encontrar nuevas aplicaciones. Los materiales orgánicos presentan ventajas desde el punto de vista de los costes de fabricación, el posible impacto en la seguridad medioambiental y fundamentalmente por la posibilidad de producir dispositivos flexibles, que absorban la radiación a distintas longitudes de onda y en los que es posible modular las propiedades electrónicas haciendo uso de los recursos que proporciona la síntesis orgánica. Estas propiedades suponen un avance significativo en el diseño de dispositivos electrónicos.
Los dispositivos fotovoltaicos basados únicamente en materiales orgánicos han atraído en los últimos años un gran interés como consecuencia de su ligereza, bajo coste de fabricación y la posibilidad de fabricar películas finas de estos materiales sobre superficies relativamente grandes.
Inconvenientes
El principal problema que presentan los semiconductores orgánicos moleculares es que los estados excitados generados tras la absorción de fotones son generalmente excitones que tienen una energía de unión relativamente grande por lo que no se disocian para generar electrones y huecos. Por lo tanto, la ionización de tipo excitónica no parece ser un método adecuado para la generación de fotocargas por lo que se han utilizado con mayor éxito las células con configuraciones de tipo heterounión p-n ya que las interfases entre semiconductores moleculares o con electrodos pueden proporcionar las características de diferencia de energía necesarias para que se produzca la separación de cargas tras la fotoexcitación.
Por otro lado, los bajos valores encontrados para la eficiencia de conversión en estos dispositivos fotovoltaicos son debidos a la baja eficiencia de fotogeneración de portadores de carga, así como la elevada resistividad eléctrica de los materiales orgánicos derivada de la baja movilidad y baja densidad de portadores de carga.
IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA
En la actualidad, cada día aumenta más la incertidumbre sobre el futuro energético. Las fuentes energéticas que más aportan hoy en día son de carácter limitado y se hace vital encontrar recursos renovables. Las energía renovables son aquellas que se producen de manera continua y son inagotables a escala humana. Una de las energías renovables más conocida es la energía solar. Para reflejar el potencia de este recurso se ha de tener en cuenta de durante el presente año, el Sol ha arrojado y arrojará sobre la Tierra 4.000 veces más energía de la que se va a consumir, concretamente, esta energía corresponde exclusivamente al 0,0009% de la total emitida por el Sol de la cual el 70% se emitirá sobre la superficie marina.
"España se encuentra en una posición privilegiada a la hora de recurrir a esta nueva vía debido a su localización geográfica que favorece la existencia de más de 300 días de sol año y cerca de 2600 horas de luz, frente a las 1800 horas de otros países (por ejemplo, Alemania). (http://www.elmundo.es/suplementos/natura/2008/26/1213394408.html)"
Media de horas de luz en España
La energía solar fotovoltaica es una de las energías renovables con mayores posibilidades dado su escaso impacto ambiental y el hecho de que no produce residuos perjudiciales para el medio ambiente, aun así también presenta alguna desventaja como la necesidad de sistemas de acumulación que contienen agentes químicos que además pueden convertirse en focos de legionela, así como el impacto visual y la ocupación de grandes superficies.
BIBLIOGRAFÍA
Pareja Aparicio, M. (2010). Energía solar fotovoltaica. Cálculo de una instalación aislada. Barcelona: Marcombo.
Martín, N., Segura, J.L., Gómez, R. (2001). Células solares de plástico: Un reto para los nuevos materiales orgánicos del siglo XXI. Anales de la Real Sociedad Española de Química, segunda época, Enero-Marzo.
(2012). Hacia una energía solar más flexible y accesible para todos. Técnica Industrial, 298, 15.
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ORGÁNICASGRUPO 2:
Casalas Cortés, Cristina
Hernandez Martín, Andrea
Jimenez García, Maria Lourdes
Rodríguez Paniagua, María
Viñarás Oteo, Clara
ENERGÍA SOLAR
La energía solar fotovoltaica es la energía eléctrica que se obtiene directamente de las radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol.Es una energía renovable que permite reducir la dependencia de fuentes de combustible sucias tales como la energía nuclear o la térmica, con el consiguiente beneficio medioambiental. Por otro lado, es una forma de energía cuya tecnología está todavía en desarrollo, y en continuo avance, con unos rendimientos (económicos, fundamentalmente) que la alejan todavía de ser una opción favorecida en el mercado de la producción de energía a gran escala, si bien es cierto que ya hoy en día existen grandes parques solares, y es un sector al alza.
La energía solar directa es la energía del Sol sin transformar (la que calienta e ilumina). Es necesario el uso de sistemas de captación y almacenamiento para que pueda ser aprovechada:
- Utilización directa: mediante la incorporación de acristalamientos y elementos arquitectónicos con elevada masa y capacidad de absorción de energía térmica, es la llamada energía solar térmica pasiva.
- Transformación en calor: es la llamada energía solar térmica, que consiste en el aprovchamiento de la radiación que proviene del Sol para calentar fluidos que circulan por el interior de captadores solares térmicos.
- Transformación en electricidad: es la llamada energía solar fotovoltaica que permite transformar en electricidad la radiación solar por medio de células fotovoltaicas integrantes de módulos solares.
HISTORIA
Los estudios del físico francés Alexander Edmond dieron forma al efecto fotovoltaico reconocido por vez primera en 1839. Este físico basó sus estudios en el espectro solar y su magnetismo así como en la electricidad y la óptica que son los pilares de la energía fotovoltaica.Sin embargo, la primera celda solar vió la luz en 1883 de la mano del inventor norteamericano Charles Fritts. Esta primera celda solar se construyó con semiconductores de Selenio y una delgada capa de oro, aunque su utilización, debido a su coste, fue para sensores de luz en cámaras fotográficas.
El norteamericano Russell Ohl fue el que patentó la celda de Silicio que se utiliza en la actualidad, construida en 1940 y patentada en 1946. Ya en la época moderna, de la mano de los Laboratorios Bells y de forma accidental se encontró que el silicio con impurezas era muy sensitivo a la luz.
La primer utilización practica de la generación de energía con celdas fotovoltaicas fue en los dos primeros satélites geoestacionarios de URSS y USA.
La primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite norteamericano Explorer 1.
Este evento generó un gran interés en la producción y lanzamiento de satélites geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energía provendría de un dispositivo de captación de la luz solar. Fue un desarrollo de gran importancia que estimuló la investigación buscando paneles cada vez más eficientes y motivó a la industria de tecnologia.
¿QUÉ ES UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA?
La célula fotovoltaica es un dispositivo, artificial, que se encarga de transformar la energía de las ondas emitidas por el Sol en electricidad. Esta transformación se da mediante un fenómeno físico llamado "efecto fotovoltaico". La célula fotovoltaica que más se utiliza está compuesta de una fina lámina de un material semiconductor cuya composición es principalmente el silicio, que al exponerse a la luz del sol absorbe la energía transportada por los fotones, que es invertida en la liberación de electrones del material semiconductor que se mueven a lo largo de éste, produciéndose así una corriente eléctrica que podemos aprovechar. Para optimizar el rendimiento de la célula, y disminuir la temperatura de operación de la misma (el silicio funciona mejor cuanto mas elevada es su temperatura, pero puede alcanzar picos peligrosos) se utilizan "dopantes", átomos de elementos de los grupos IIIA y VA, que son capaces de provocar el 'salto' o desprendimiento de los electrones con una menor energía umbral, esto es, con mayor facilidad.Las celulas fotovoltaicas orgánicas son diferentes a las convencionales por su construcción y su método de conversión de luz solar a energía. Por un lado son menos costosas, pero no tienen el mismo rendimiento que las células convencionales.
Una célula solar o célula fotovoltaica es un componente electrónico que, expuesto a la luz, genera una energía eléctrica. Las baterías de células están generalmente agrupadas en módulos solares fotovoltaicos (o paneles solares) para generar una potencia suficiente. El rendimiento de una célula solar se mide por la eficacia de convertir la luz solar en energía eléctrica. Una célula solar sólo convierte una pequeña cantidad de la luz capturada. La generación actual ofrece sólo un rendimiento
del 12 al 15%. Sin embargo, numerosos estudios han mejorado el rendimiento actual de cada célula. La nueva generación de células tiene un rendimiento del 20 %, algunos prototipos incluso hasta el 30 %. Por consiguiente, es muy probable que el rendimiento aumente con el tiempo.
- video sobre celulas fotovoltaicas. caracteristicas y funcionamiento
http://www.youtube.com/watch?v=s1pMnr4qaag
FUNCIONAMIENTO DE LAS CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
El funcionamiento de una placa solar está basado en el principio fotovoltaico descubierto por el físico francés Antoine Bequerel en 1893. Tras numerosos experimentos, descubrió que algunos materiales producían una pequeña cantidad de electricidad al exponerlos a la luz.De esta forma, los fotones que componen la luz solar y que inciden sobre un cuerpo semiconductor (generalmente una capa de silicio en una célula solar) serán absorbidos en lugar de reflejarse o pasar a través del cuerpo. Una vez absorbido, la energía del fotón será transmitida a uno de los electrones presentes en el átomo de la célula, produciendo un desplazamiento de dicho electrón que dejará un "hueco" en el átomo. Éste agujero atraerá otro electrón de un átomo cercano, que creará a su vez otro "hueco" ocupado por el electrón de un nuevo átomo, etc. Este procedimiento se repite mil millones de veces, de forma que se consigue una corriente eléctrica a partir de la luz del Sol incidente.
Como puede apreciarse en la imagen, una placa solar consta de varias capas:
- Vidrio de protección frente a las agresiones físicas
- Adhesivo transparente que una el vidrio a la placa
- Revestimiento antirreflectante que impida la reflexión de los rayos solares y permita una absorción máxima
- Contacto frontal para la transmisión de la corriente eléctrica
- Semiconductores del tipo N (silicio dopado con fósforo) y del tipo P (silicio dopado con boro)
- Contacto en la parte trasera para transmitir la corriente eléctrica.
Los paneles fotovoltaicos están sujetos a la disponibilidad de luz solar, y aunque la tensión que ofrecen varía relativamente poco ante las variaciones de luz irradiada por el sol, la corriente de salida sí que lo hace de manera importante, por lo que es fundamental tener un sistema que pueda almacenar la energía solar recibida, tanto en periodos de abundancia como de escasez. Es aquí donde las baterías juegan un papel de gran relevancia, garantizando un suministro de energía estable.
Los acumuladores de carga pueden soportar fuertes demandas puntuales y tiempos de suministro prolongados en el tiempo, a pesar de no disponer de la energía solar suficiente en ese momento.
También es importante el uso de reguladores que controlen el estado de carga de las baterías con el fin de evitar una sobrecarga de éstas, alargando así su vida útil.
Tenemos 3 tipos de células solares:
- La célula de silicio monocristalino – Las células solares de silicio monocristalino se fabrican a partir de un único cristal de silicio extraído de un baño de silicio fundido.
- La célula de silicio policristalino – Las células solares de silicio multicristalino se fabrican a partir de silicio solar fundido en bloques.
- La célula de silicio amorfo – Las células solares de silicio amorfo se llaman también células solares de capa
delgada.
- video sobre el funcionamiento de paneles solares:
http://www.youtube.com/watch?v=31r_CaWsFRs
CÉLULA FOTOVOLTAICA ORGÁNICA
La célula fotovoltaica orgánica apareció en 1990 con la intención de reducir el coste de la electricidad fotovoltaica. El bajo coste de los semiconductores orgánicos entre los que destacan los polímeros, pequeñas moléculas de materiales que se depositan por evaporación térmica, los convierten en una alternativa mucho más accesible. Hay cuatro tipos de células fotovoltaicas orgánicas:Al igual que en las células fotovoltaicas tradicionales, todos los procesos fotovoltaicos orgánicos están diseñados con el uso de dopantes que aumentan el rendimiento estándar del proceso original. Por un lado, ciertos polímeros mejoran sus propiedades reactivas al trabajar en presencia de una disolución redox. Otros en cambio, necesitan de un electrodo de 'trabajo', que facilite el movimiento de electrones de la disolución electroquímica que forma la célula.
CÉLULA FOTOVOLTAICA TRADICIONAL VS. CÉLULA FOTOVOLTAICA ORGÁNICA
Comparación
Las células fotovoltaicas orgánicas tienen las mismas propiedades de conducción que el silicio pero pueden ser impresas o adheridas sobre casi cualquier tipo de material.La principal diferencia entre los semiconductores convencionales y los polímeros conjugados es que en los primeros el electrón excitado y el hueco resultante migran libremente hacia electrodos opuestos mientras que en los segundos el electrón y el hueco que se generan tras incidir un fotón se encuentran ligados en forma de excitación.
Mediante la creación de interfases entre polímeros conductores con diferente afinidad electrónica se hace posible la transferencia de electrones entre polímeros. Este proceso, conocido como transferencia de electrones fotoinducida, consigue separar las cargas, y la unión creada en la interfase dador-aceptor es análoga a las heterouniones de semiconductores convencionales.
Eficiencia y vida útil
La eficiencia es el cociente entre la potencia eléctrica producida por el módulo y la irradiación incidente sobre el mismo. Es decir, es el cociente entre la potencia máxima (PM) de la celda con la potencia luminosa (PL) recibida por la célula, tal y como se muestra en la siguiente ecuación:En la siguiente tabla se muestran los valores de eficiencia en relación al material con el que se ha fabricado el módulo fotovoltaico:
Como se observa, los paneles solares compuestos por células orgánicas presentan el inconveniente de tener aún una baja eficiencia.
La vida útil se mide en ciclos, que se definen como el número de veces que se produce la carga y la descarga. Con cada ciclo, la batería va perdiendo propiedades, y envejece disminuyendo la capacidad máxima que puede alcanzar. Cuanto mayor sea la descarga (disminución de la capacidad) menor será el número de ciclos y, en consecuencia, menor será la vida útil.
La vida útil de los paneles, así como su eficiencia, depende principalmente del proceso y de la calidad y la interacción en el dispositivo multicapa de los componentes del sistema. Aún así existe cierto optimismo en cuanto a solucionar estos problemas de las células oránicas; por ejemplo, el consorcio PIEM (Bélgica) y Plextronics (EE UU) anunció que esperan desarrollar para 2012 células solares orgánicas con una eficiencia promedio del 8% y con una vida útil de cinco años. El mayor desafío en el desarrollo de tan alto rendimiento es optimizar la absorción de los materiales eléctricamente conductores.
Ventajas
Las células fotovoltaicas orgánicas tienen a su favor que pueden ser adheridas como una capa ultradelgada de dos polímeros semiconductores sobre cualquier superficie plástica. Además los paneles solares compuestos por células orgánicas son más económicos, menos pesados y más fáciles de instalarLas células orgánicas solares han tenido que cumplir una serie de requisitos en términos de estabilidad, eficiencia y coste con el fin de poder competir con la existente tecnología del silicio y para poder encontrar nuevas aplicaciones. Los materiales orgánicos presentan ventajas desde el punto de vista de los costes de fabricación, el posible impacto en la seguridad medioambiental y fundamentalmente por la posibilidad de producir dispositivos flexibles, que absorban la radiación a distintas longitudes de onda y en los que es posible modular las propiedades electrónicas haciendo uso de los recursos que proporciona la síntesis orgánica. Estas propiedades suponen un avance significativo en el diseño de dispositivos electrónicos.
Los dispositivos fotovoltaicos basados únicamente en materiales orgánicos han atraído en los últimos años un gran interés como consecuencia de su ligereza, bajo coste de fabricación y la posibilidad de fabricar películas finas de estos materiales sobre superficies relativamente grandes.
Inconvenientes
El principal problema que presentan los semiconductores orgánicos moleculares es que los estados excitados generados tras la absorción de fotones son generalmente excitones que tienen una energía de unión relativamente grande por lo que no se disocian para generar electrones y huecos. Por lo tanto, la ionización de tipo excitónica no parece ser un método adecuado para la generación de fotocargas por lo que se han utilizado con mayor éxito las células con configuraciones de tipo heterounión p-n ya que las interfases entre semiconductores moleculares o con electrodos pueden proporcionar las características de diferencia de energía necesarias para que se produzca la separación de cargas tras la fotoexcitación.Por otro lado, los bajos valores encontrados para la eficiencia de conversión en estos dispositivos fotovoltaicos son debidos a la baja eficiencia de fotogeneración de portadores de carga, así como la elevada resistividad eléctrica de los materiales orgánicos derivada de la baja movilidad y baja densidad de portadores de carga.
IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA
En la actualidad, cada día aumenta más la incertidumbre sobre el futuro energético. Las fuentes energéticas que más aportan hoy en día son de carácter limitado y se hace vital encontrar recursos renovables. Las energía renovables son aquellas que se producen de manera continua y son inagotables a escala humana. Una de las energías renovables más conocida es la energía solar. Para reflejar el potencia de este recurso se ha de tener en cuenta de durante el presente año, el Sol ha arrojado y arrojará sobre la Tierra 4.000 veces más energía de la que se va a consumir, concretamente, esta energía corresponde exclusivamente al 0,0009% de la total emitida por el Sol de la cual el 70% se emitirá sobre la superficie marina."España se encuentra en una posición privilegiada a la hora de recurrir a esta nueva vía debido a su localización geográfica que favorece la existencia de más de 300 días de sol año y cerca de 2600 horas de luz, frente a las 1800 horas de otros países (por ejemplo, Alemania).
(http://www.elmundo.es/suplementos/natura/2008/26/1213394408.html)"
La energía solar fotovoltaica es una de las energías renovables con mayores posibilidades dado su escaso impacto ambiental y el hecho de que no produce residuos perjudiciales para el medio ambiente, aun así también presenta alguna desventaja como la necesidad de sistemas de acumulación que contienen agentes químicos que además pueden convertirse en focos de legionela, así como el impacto visual y la ocupación de grandes superficies.
BIBLIOGRAFÍA